新时代下智慧工厂实现的方法策略

余明丽

（中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

智慧工厂是我国目前工厂建设的重要发展方向，也是解决制造技术问题的重要方式。在智慧工厂建设过程中，既要明确建设的意义，又要在建设框架设计中提高其专业性，具体应包含ERP层、MES层和设备执行层。在专业框架的指导下进行智慧工厂的建设，能够提高工厂建设效果，提高工厂的智能化程度，使整个智慧工厂在建设中取得积极效果。为此，应立足智慧工厂建设实际，探讨智慧工厂的建设方法，为整个智慧工厂建设提供有力支持，推动智慧工厂的快速发展。

1 智慧工厂建设背景及意义

1.1 智慧工厂建设背景

“中国制造2025战略”的提出，对制造业提出了更高的要求，需要制造业在工厂建设方面着力发展智慧工厂，建成具有代表性的智慧工厂，增加智慧工厂的智能化程度，提高智慧工厂的先进性，使智慧工厂在智能化水平和制造质量等方面得到有效提升，为整个中国制造奠定良好的基础。在这一背景下，智慧工厂建设得以提出并付诸实施。从目前智慧工厂的建设过程来看，取得了积极成就，对推动中国制造业的快速发展以及形成中国智能制造具有重要影响。在这一背景下，智慧工厂建设成为现阶段工厂建设的重要内容[1]。

1.2 智慧工厂建设意义

智慧工厂建设能够提高工厂的智慧属性，使工厂在内部管理、生产控制、产品质量控制以及生产进度控制等方面达到预期目标，提高智慧工厂的生产效率。智慧工厂在建设过程中，能够解决产品制造问题、产品管理问题以及工厂生产问题，对整个制造业具有较强的推动作用，能够满足制造业的发展需要，对解决制造业发展问题以及提高产品生产质量和优化产业结构具有重要影响。认识到智慧工厂的建设意义，并根据智慧工厂的建设需要加快智慧工厂的建设步伐，对于提高智慧工程的建设质量以及满足智慧工厂的发展需要具有重要意义。

2 国内外智慧工厂建设现状

2.1 国外智慧工厂建设现状

在智慧工厂的建设方面，国外积累了大量成熟的经验，在智慧工厂的建设方面取得了积极效果。例如西门子、三星早已实现了智慧工厂的建设，在工厂的生产效率、工厂的内部管理以及工厂的品质管理等方面都取得了积极效果，实现了智能化制造，特别是“德国工业4.0”的提出，代表了智能制造已经成为制造业新的标准和发展方向。在这一背景下，国外的智慧工厂数量正在不断增多，智慧工厂的建设水平逐渐提升，推动了制造业的不断发展，使制造业在工厂水平上得到了有效提升，为制造业的发展奠定了良好的基础[2]。

2.2 国内智慧工厂建设现状

从目前国内智慧工厂的建设情况来看，国内企业已经认识到了智慧工厂建设的必要性，在企业建设过程中将智慧工厂作为重要的发展方向。例如，国内的华为、比亚迪、吉利汽车、一汽大众和上汽大众已经开始了智慧工厂的建设，旨在通过智慧工厂的建设，为整个产品生产提供充分的保障，使整个智慧工厂在建设过程中能够更好地为产品服务。目前国内智慧工厂的数量在逐步增加，智慧工厂的建设手段不断完善，积累了一定的建设经验，推动了智慧工厂的不断发展，使国内的智慧工厂能够在数量和质量方面得到双提升[3]。

3 智慧工厂建设框架

3.1 ERP层

在智慧工厂建立过程中，主要目标是实现智能化管理。ERP层属于基础的管理层，不仅能够实现供应链管理、库存管理和财务管理，还能够提高管理的专业性，实现管理的自动化，对降低管理难度和实现有针对性管理具有重要作用。依靠ERP层能够实现与MES层的互联，使整个企业在管理效率和管理针对性方面能够得到有效提升。REP层是智慧工厂的基础，也是智慧工厂实现管理效果提升的关键。在建设过程中，还需要建立具备对应管理功能的子系统。

3.2 MES层

MES层是与ERP层相连接的管理层，MES层主要是面向车间执行层的生产信息化管理软件，可以对整个生产过程进行有效管理，包括订单的下达、生产质量管理、产品信息追溯以及生产过程的调整和优化。在这一过程中，能够实现产品生产的自动化管理，从产品订单进入到产品生产完毕出厂，都由MES层进行管理，对整个产品的生产、生产资源的优化利用以及产品的品质管控和产品的安全管理具有重要影响[4]。可见，MES层是重要的生产管理层，对整个智慧工厂的生产管理产生重要影响，能够使智慧工厂的生产管理达到预期目标。

3.3 通信层

在智慧工厂建设过程中，为了实现各管理层的信息交互，通信层的构建尤为重要。在通信层构建中，需要包含通信的硬件设施和软件系统，使整个通信的快速性和通信效率满足工厂的实际需要。同时，在通信层的建设过程中，还要根据通信层的通信要求、硬件设施，以及软件系统的匹配要求，对通信层的设置和网络结构进行调整，使通信层在智慧工厂的生产过程中具备一定的代表性，提升通信设备的应用通信效率，使通信效果能够满足实际需要，并解决通信管理中存在的信息不畅的问题。

3.4 工业控制层

在智慧工厂中，需要对整个生产状态进行监控，通过工业控制层的建设能够使整个生产控制通过通信软件以及PLC控制系统，实现对数据的采集和生产设备的控制，最终达到智能化生产的目的，实现远程管理和远程控制。其中，在工业控制层在建设中，应做好控制结构设计，保证工业控制层能够发挥管理和控制功能，降低控制难度，使整个工业控制层成为智慧工厂远程控制生产设备的重要系统。在系统的控制过程中，需要根据控制要求和系统特点，对硬件设施和软件系统进行匹配，保证二者在功能方面满足控制要求[5]。

3.5 设备执行层

在智慧工厂中，设备执行层是保证设备仪表以及工业机器人系统能够正常工作的关键，在整个设备控制层中需要提高设备的执行效率，需要对设备的执行效果进行监督和管理，并保证整个控制层能够有效工作。通过对设备执行层的有效建立和监管，能够使设备执行层更好地实现工业控制层的要求，使整个生产过程得到监督和管控，这对于落实生产目标和远程操控设备，以及提高产品的生产质量具有重要影响。故而在设备执行层的建设过程中，应注重远程控制功能的体现。

4 智慧工厂建设方案

4.1 智能设备层

智慧工厂在建设过程中，首先需要做好智能设备层的建设。智慧工厂的突出特点是生产设备具有智能化的优势，能够根据生产需要进行智能控制。为了达到这一目标，在智能设备层的建设中，应对机床进行改造。不仅要对现有的机床设备进行升级，增加智能控制模块，同时还要采购安装智能化机床设备，实现机床设备的整体升级，保证智慧工厂的生产设备能够升级到智能化水平，能够做好自动化生产[6]。为此，在智能化设备层的建设过程中，应按照智能管理的要求和智能生产的要求配备智能机床等基础设备。

4.2 设备控制层

智慧工厂建设不仅要进行智能设备层的建设，同时还要做好设备控制方面的建设。设备控制层主要是对设备进行智能化控制，通过建立控制系统实现对设备的有效控制，在控制过程中能够根据控制要求、控制特点和控制的具体情况采取设备控制方式。另外，还可以采取网络传输远程控制、PLC自动控制的方式，实现对设备的有效控制，这对提高设备控制效果和解决远程设备控制问题具有重要影响。在设备控制层的建设中，应完善控制手段，提高控制效率，使整个设备控制能够实现控制目标。

4.3 制造执行层

制造执行层的建设至关重要，制造执行层关系到机床控制设备在制造环节是否能够按照产品的制造标准予以实施。在制造执行层的建设中，应对设备进行调试，并且检验设备的制造能力和设备的智能化控制能力是否达标。通过对这些基本功能的检查，使整个设备在生产过程中能够达到预期目标，提高设备的控制效果，保证设备控制能够满足产品制造需要，提高产品的制造效果。在制造执行层的建设中，应通过设备调试的方式保证产品制造，达到制造效率要求和制造质量要求，保证制造过程的安全性达标。

4.4 数据展示层

数据展示层主要是对设备的控制数据和设备的管理数据进行展示，提高设备的控制效果。通过数据展示，能够使整个系统的运行情况完整地展示在管理平台上，便于管理人员对整个生产过程进行干预。由于在数据展示层中，需要保证数据的展示完整性和数据信息的全面性，对整个管理过程和自动控制过程有较高的要求。因此，在控制过程中需要根据数据的特点，数据的展示需要根据数据的实际情况进行展示层的构建，以此提高数据展示层的构建效果。在数据展示层的构建过程中，应按照数据展示层的实际需要和数据展示层的基本特点进行构建。

5 结论

通过对智慧工厂建设的分析可知，目前智慧工厂的建设已经成为落实“中国制造2025战略”的重要手段之一。通过对智慧工厂的关注以及智慧工厂建设的实施，能够建设一大批具有智慧功能和智能化生产能力的工厂，提高工厂生产的有效性，使工厂在生产过程中具备突出的特点，更好地解决产品的生产制造问题，实现产品的智能化生产。为此，相关人员应掌握智慧工厂的建立手段，通过建立智慧工厂的方式，推动智能化制造的快速发展，为整个“中国制造2025战略”的落实提供有力支持。